1.2 표본화

 

<문 2> 표본화(Sampling)의 개념과 조건 및 샘플링 방식 비교 설명

1. 표본화(Sampling) 개요
연속적인 아날로그 신호를 일정 시간 간격으로 측정하여 이산적인 시간 신호로 변환하는 과정.
PCM, ADC, DSP 등 디지털 신호처리의 첫 단계로, 신호의 정보를 손실 없이 표현하기 위해 샘플링 주파수(fs) 조건을 만족해야 함.

 

2. 구성도 – 표본화 처리 흐름 및 주파수 스펙트럼

[Analog Signal]
     ↓
Anti-Alias Filter
     ↓
Sampler (fs ≥ 2fm)
     ↓
[Discrete-Time Signal]

• 시간 영역: 연속 → 불연속 시간 신호로 변환
• 주파수 영역: 원 신호의 스펙트럼이 fs 간격으로 복제됨
• Aliasing: fs < 2fm 시 스펙트럼 중첩 발생

3. 핵심 조건 및 특징

항목	설명
Nyquist 조건	fs ≥ 2fm (fm: 입력신호 최대 주파수)
샘플 수	N = T × fs (T: 신호 구간)
오버샘플링	fs ≫ 2fm, 왜곡 최소화, 필터링 용이
언더샘플링	fs < 2fm 시 Aliasing 발생
Anti-Alias 필터	샘플링 전 고주파 성분 제거용 LPF

실무 적용: 과잉 샘플링 후 디지털 필터링으로 신호 품질 향상

 

4. 샘플링 방식 비교

구분	Natural Sampling	Flat-Top Sampling	Ideal Sampling (Impulse)
방식	원파형 유지	상단 평탄화	순간 펄스(Dirac) 형태
회로 구현	쉬움	중간	실제 구현 불가 (이론)
사용 예	구형파, 영상 신호	ADC 회로	이론 분석, 수식 전개

 

5. 최신 기술 동향

고정밀 ADC 시스템은 Oversampling + Digital Filtering을 활용하여 해상도 향상 및 왜곡 최소화.
AI 기반 센서 및 SoC 환경에서는 Software Sampling 기법으로 동기화 및 저지연 처리에 활용 중.

<끝.>